Вселенная в зеркале заднего вида

Я вас уже предупреждал, но дополнительная осторожность не помешает: хотя симметрии позволяют нам лучше понять тайны природы и форму законов физики, они ничего не говорят о конкретном значении постоянных, входящих в эти законы. Мы не собираемся «выводить» массу электрона (по крайней мере, до сих пор нам это не удавалось). Возможно, во вселенной есть нечто фундаментальное, и оно позволит нам вывести все физические константы, однако на данный момент мы блуждаем в потемках. Это означает, что мы не знаем, заложены ли физические постоянные в законах изначально или они оказались такими относительно случайно — как случайна температура за окном в тот или иной день. Симметрия подсказывает, как записать уравнения, однако молчит о числовых значениях переменных.

Есть довольно много параметров, например, заряд электрона, которые взяты более или менее с потолка. Может быть, эти параметры и меняются из конца в конец исполинской вселенной, и отдельным областям — например, нашей наблюдаемой вселенной — просто повезло, что они подходят для возникновения сложной жизни.

В том, что мы по чистой случайности живем в области, законы физики в которой идеально подходят для существования человека, нет ничего загадочного. Иначе и быть не могло! Иначе нас с вами не было бы и некому было бы об этом рассуждать. То есть большинству физиков антропная аргументация и в самом деле не по сердцу. Большинство из нас лелеет надежду, что когда-нибудь потом мы сумеем разработать Теорию Всего, основанную исключительно на основных принципах.

А если они не заложены в саму ткань мироздания, насколько тонкая настройка нужна законам физики, чтобы мы могли существовать? Каковы наши шансы?

Позвольте предвосхитить типичный вопрос о тонкой подстройке вселенной. Почему свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду? Как мы уже видели, краткий ответ состоит в том, что гораздо разумнее просто сказать, что свет перемещается со скоростью одна световая секунда в секунду и оставить в стороне вопрос об определении метра как исторический курьез.

Иначе говоря, значения параметров, выраженные в каких-то единицах, почти никогда не относятся к делу, поскольку, очевидно, они зависят от того, какие единицы выберешь. Я об этом заговорил, поскольку есть несколько способ комбинировать физические постоянные так, чтобы все единицы сократились. Вот, например, так называемая постоянная тонкой структуры (коротко — ПТС), представляющая собой просто число безо всяких единиц.

Что это за буковки? В этом уравнении e — заряд электрона, с — само собой, скорость света, а ћ — постоянная Дирака, она же приведенная постоянная Планка[46]. Она вылезает везде, где замешана квантовая механика.

Значение постоянной тонкой структуры составляет примерно 1⁄137,035 999 08, и она входит в число самых точно подсчитанных постоянных за всю историю физики. И при всей этой точности мы не имеем ни малейшего представления, откуда она взялась. С числами в чистой математике так не бывает. Например, число p вполне можно вывести из основных принципов, даже если вы в жизни не видели круга. Вот как об этом говорит Ричард Фейнман:

Мы прекрасно знаем, какие танцы надо исполнить в экспериментах, чтобы измерить это число с очень большой точностью, но не понимаем, какие танцы надо исполнить на компьютере, чтобы получить это число — разве что тайком ввести его туда!

ПТС — это мера силы электромагнитного взаимодействия и, как вы, вероятно, заметили, она гораздо меньше единицы. С объективной точки зрения электромагнитная сила очень слаба. С другой стороны, по сравнению с другими взаимодействиями электромагнетизм неимоверно силен. Задумайтесь хотя бы о том, что электростатическое отталкивание между нашими кроссовками и полом с легкостью преодолевает гравитационное притяжение всей Земли!

В наших стандартных моделях космологии и физики частиц присутствует по меньшей мере 25 разных безразмерных и, судя по всему, независимых параметров. Предположим, мы возьмем и изменим одну только ПТС. Что будет?

Если бы ПТС была, например, больше 0,1 (примерно в 14 раз больше измеряемой величины), то углерод — а следовательно, и все элементы тяжелее углерода — не мог бы производиться в звездах. Это была бы катастрофа для углеродных форм жизни.

Или возьмем другой параметр — силу сильного ядерного взаимодействия, того самого, благодаря которому не рассыпаются ядра атомов. Если увеличить константу сильного взаимодействия всего на четыре процента, протоны быстро связывались бы друг с другом и формировали гелий‑2, изотоп, у которого вообще нет нейтронов. Звезды быстро выгорали бы и вырабатывали бы только инертный гелий — и ничего интересного так не возникло бы.